costos de inversion en tuneles de carreteras

COSTES DE INVERSIN EN TNELES DE CARRETERA

GARRAIO ETA

DEPATAMENTO DE

DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES Y OBRAS PBLICAS Vitoria Gastiz, 1995

La orografa vasca y la Obra Pblica no se entienden sin los tneles. Los proyectos ejecutados en el pasado y, especialmente, los que vamos a desarrollar en el futuro nos hacen ver a los tneles como un elemento fundamental. Por ello este manual de consulta desarrolla todos los aspectos relacionados con la ejecucin de tneles en roca tan habituales en nuestra Comunidad Autnoma. Estoy seguro de que la aparicin de este volumen es una buena noticia para profesionales y tcnicos relacionados con lamateria porque, adems, viene a llenar un evidente vacio por iniciativa de la Direccin de Infraestructura del Transporte de mi Departamento. Mi agradecimiento a los autores del manual por su trabajo y, por ltimo, expresar mi decidido apoyo a materializar este tipo de obras, eminentemente prcticas, porque ayudar a los profesionales es ayudar al tiempo a la buena administracin de la obra pblica en el Pas Vasco.

Vitoria-Gasteiz, marzo de 1996

JOS ANTONIO MATURANA PLAZA CONSEJERO DE TRANSPORTES Y OBRAS PBLICAS DEL GOBIERNO VASCO

Cdigo GC: 965111 Documento: Costes de Inversiones en tneles de carretera

Euskal orografa eta herrilanak ezin dira ulertu tunelak kountutan hartu gabe. Orain arte burututako proiektuak eta, batez ere, etorkizunean egin behar ditugunak, tunela oinarrizko elementua dela erakusten dute. Hori guztiagatik, eskuliburu honek Euskal Autonomia Erkidegoan hain ohizkoak diren haitzean bertan irekitako tunelen alderdi guztiak jorratzen ditu. Ziur nago ale hau argita ematea berri ona izango dela alor horretako profesional eta teknikarientzat, lanerako lagungarri izateaz gainera, Garraio eta Herrilan Saileko Azpiegitura Zuzendaritzaren ekimenenez hutsune nabarmen bat beteko duelako. Nire eskerrik beroenak eman nahi dizkiet eskuliburua prestatu dutenei eta, bide batez, horrelako lan praktikoak egiten jarraitzeko nire laguntza esquan; izan ere, profesionalei laguntzeak herrilanen administrazio hobea ekarriko baitu.

Vitoria-Gasteizen, 1996 eko martzoa

JOS ANTONIO MATURANA PLAZA GARRAIO ETA HERRILAN SAILBURUA


NDICE1.-INTRODUCCIN ............................................................................... 1[1] ANTECEDENTES .............................................................................................................1 [2] NOMENCLATURA UTILIZADA ...................................................................................2 [3] RESUMEN DE RESULTADOS .......................................................................................4

2.-ESTIMACIN DE COSTES EN BASE A LOS ESTUDIOS ESTADSTICOS DE LA A.I.P.C.R................................................................................................ 5[1] INTRODUCCIN..............................................................................................................5 [2] COSTES DE INVERSIN INICIAL ...............................................................................6 Costes de Ingeniera Civil ...........................................................................................7 Costes de Instalaciones y Equipos...............................................................................9 Coste de Inversin Inicial..........................................................................................11 [3]COSTES DE EXPLOTACIN Y MANTENIMIENTO ...............................................12 Relacin Coste de Explotacin (CEM)-Coste de Instalaciones y Equipos (CIE) .........13 Ventilacin Natural ...................................................................................................14 Ventilacin Longitudinal y Semitransversal .............................................................14 Ventilacin Transversal.............................................................................................15 Descomposicin del Coste de Explotacin y Mantenimiento ...................................16 nalisis del Coste de Explotacin y Mantenimiento en funcin de la longitud. .......17 [4]CONVERSIN DE COSTES...........................................................................................18

3.-ESTIMACIN DE COSTES EN BASE A LAS ENCUESTAS REALIZADAS EN AGOSTO-SEPTIEMBRE DE 1994.................................................................... 22[1] INTRODUCCIN............................................................................................................22


[2]DESCRIPCIN Y OBJETO DE LA ENCUESTA REALIZADA................................23 [3]RESPUESTAS RECIBIDAS Y DATOS OBTENIDOS.................................................24 Tneles de Carretera Espaoles.................................................................................24 Tneles de Carretera en Europa.................................................................................33 [4]COSTE DE INVERSIN INICIAL ................................................................................34 1.-Costes de Ingeniera Civil .....................................................................................38 2.-Coste de Instalaciones y Equipos ..........................................................................39 [5] COSTES ANUALES DE EXPLOTACIN Y MANTENIEMIENTO........................42 [6] COSTES TOTALES ........................................................................................................46

4.-AGRADECIMIENTOS ....................................................................... 47 5.-BIBLIOGRAFA................................................................................ 50 ANEJO 1 MODELO DE ENCUESTA ....................................................... 51 ANEJO 2 DATOS PRINCIPALES RECOPILADOS CON LA ENCUESTA ...... 61


1.-INTRODUCCIN

[1] ANTECEDENTES A peticin del Gabinete Tcnico de Infraestructuras Viarias del Departamento de Transportes y Obras Pblicas del GOBIERNO VASCO, la Ingeniera Consultora GEOCONSULT, Ingenieros Consultores, S.A. llev a cabo durante el segundo semestre de 1994 la realizacin de un estudio estadstico de costes de inversin en tneles de carretera. Las conclusiones obtenidas se aplicaron posteriormente a los tneles de la autopista Urbina-Maltzaga, en aquel momento en fase de planeamiento. Este estudio abordaba el problema de un modo general, tratando de estimar los costes de inversin inicial as como los costes de explotacin y mantenimiento relativos a todo tipo de tneles de carretera. Este dato resulta fundamental para evaluar el nivel de las inversiones necesarias que deben ser realizadas y para hacer los estudios econmicos y de rentabilidad de las mismas. Partiendo de dicho estudio, el Departamento de Transportes y Obras Pblicas ha considerado de inters la publicacin del presente volumen, en el que se resumen las conclusiones ms importantes del anlisis. El trabajo se ha basado en el estudio estadstico de las principales funciones del coste a partir de los datos obtenidos de una encuesta realizada entre los meses de Agosto y Septiembre de 1994. La encuesta consisti en un cuestionario que se remiti a las distintas Demarcaciones del MINISTERIO DE OBRAS PBLICAS, TRANSPORTES Y MEDIO AMBIENTE (MOPTMA), a los departamentos correspondientes de las Comunidades Autnomas y a las Empresas concesionarias de Autopistas. Asmismo, el envo de encuestas se extendi a distintos paises de la Comunidad Europea, entre los que se encuentran Francia, Italia, Alemania, Suiza y Austria.


1

Por otra parte, como una primera aproximacin a la estimacin de los costes, se estudiaron las formulaciones obtenidas por la A.I.P.C.R. (Asociacin Internacional Permanente de Congresos de la Ruta) a partir de la encuesta realizada por esta organizacin en el ao 1984, y que fue publicada en el XVIII Congres Mondial de la Route, Bruxelles, 13-19 Sept. 1987, y una revisin posterior realizada por el C.E.T.. (Centro de Estudios de Tneles) en base a estos mismos datos, en 1990. Los estudios estadsticos, tanto el de la A.I.P.C.R., como el efectuado por el GOBIERNO VASCO, deben ser considerados como una primera aproximacin al coste de los tneles de carretera y deben ser utilizados con ciertas precauciones. No obstante, proporcionan datos vlidos a nivel de Estudio de Planeamiento o Estudio de Viabilidad, por lo que pensamos que son de gran inters. En el captulo 2 se encuentra la recopilacin de las correlaciones de la A.I.P.C.R., mientras que en el captulo 3 se explica en detalle los diferentes tratamientos a que han sido sometidos los datos de la encuesta del Gobierno Vasco y que han permitido su utilizacin directa para el caso de los tneles de la Autopista Urbina-Maltzaga. En principio, se recomienda la utilizacin de las expresiones recogidas en el captulo 3, ya que se han obtenido de datos ms actuales y ms prximos por tratarse en su mayora, de tneles nacionales. Las expresiones de la A.I.P.C.R (Captulo 2) podran ser empleadas como comprobacin o como un segundo acercamiento al problema.

[2] NOMENCLATURA UTILIZADA A lo largo del presente trabajo, se utiliza la nomenclatura definida a continuacin, en relacin con los tipos de costes que intervienen en la construccin y explotacin de los tneles de carretera.


2

Nomenclatura utilizadaCT COSTE TOTAL

CI

Coste de Inversin inicial

CEM

Coste de explotacin y mantenimiento

CV

Otros costes: Financieros, Expropiaciones, Planificacin

CIC

Coste de Ingeniera civil

CIE

Coste de Instalaciones Y equipos

Cper

Coste del personal

CEM

Coste de explotacin y mantenimiento

Cilu

Coste de iluminacin

Cven

Coste de ventilacin

Cseg

Coste de Instalaciones De seguridad

Cene

Coste de ventilacin

Cseg

Coste de mantenimiento De los equipos

Se tiene pues, que: CT = CV+CI+CEM. T siendo t el tiempo en aos durante el que se quiere evaluar la inversin. La definicin de cada uno de ellos, es la siguiente: COSTE TOTAL: El conjunto de todos los costes que intervienen en laconstruccin, mantenimiento y explotacin de un tnel de carretera. COSTE DE INVERSIN INICIAL: El coste necesario para la construccin y puesta en funcionamiento del tnel. Se divide en dos: el Coste de Ingeniera Civil, que es el relativo a la infraestructura del tnel; y el Coste de Instalaciones y Equipos, que es el relativo a las instalaciones de iluminacin, ventilacin y seguridad. COSTE DE EXPLOTACIN Y MANTENIMIENTO: Es el coste anual necesario para mantener en servicio la infraestructura y los equipos e instalaciones, as como para explotar el tnel, es decir, dar servicio al pblico. Se subdivide en : coste de la energa, coste del personal, coste de mantenimiento de la infraestructura y coste de mantenimiento de la infraestructura y coste de mantenimiento de los equipos.


3

OTROS COSTES: Son los costes de difcil cuantificacin, y muy variables entre unos casos y otros, que se ha preferido separar para que no interfieran con los dos anteriores, mucho ms sistematizables. Entre stos, pueden incluirse las inversiones en planificacin, expropiaciones, gastos financieros y los gastos generales de explotacin de la carretera o autopista, en los que no es posible sealar qu parte es atribuible al tnel y qu parte al resto de la carretera.

[3] RESUMEN DE RESULTADOS En los captulos siguientes, se desarrollan un serie de expresiones que permiten evaluar cada uno de los componentes del coste de un tnel de carretera. Adems de stas, se han obtenido tambin una serie de conclusiones de inters. En este apartado se salan las conclusiones ms importantes, de orden cualitativo, a que se ha llegado en el transcurso de la investigacin, y que se han agrupado aqu para una mayor claridad de exposicin.Estas conclusiones se vuelven a citar, no obstante, a lo largo del texto en cada uno de los apartados correspondientes. Son las siguientes: El coste unitario (por unidad de longitud) de un tnel, en lo relativo a la infraestructura del mismo, se hace mnimo para una longitud de, aproximadamente, 2 kilmetros. En longitudes menores se encarece por el mayor peso de las boquillas y zonas de baja cobertera, mientras que para longitudes mayores se encarece debido al coste de las infraestructuras de ventilacin y seguridad. Los costes de Instalaciones y Equipos, as como los de Explotacin y Mantenimiento, dependen, fundamentalmente, del tipo de ventilacin del tnel. Por supuesto, son minimos para ventilacin natural, pero cuando es necesaria una ventilacin forzada, el sistema ms econmico es la ventilacin longitudinal. Se ha encontrado que el coste de Explotacin y Mantenimiento crece linealmente con la longitud para ventilacin longitudinal, mientras que crece con el cuadrado de la longitud para ventilacin transversal.


4

Los costes anuales de explotacin y mantenimiento, se reparten en partidas prcticamente iguales entre los siguientes tres conceptos: personal, energa y mantenimiento.

En la encuesta realizada se ha encontrado que los Costes de Ingeniera Civil dependen, adems de la longitud, de la diferencia entre la seccin de excavacin y la seccin til del tnel. Dicho de otro modo, en el coste del tnel participa en gran medida el espesor del sostenimiento/revestimiento utilizado, que, a su vez, es funcin de la calidad del terreno atravesado.

Con los datos de la encuesta puede afirmarse que los costes de Instalaciones y Equipos varan linealmente con la longitud del tnel, aunque de forma diferente segn se trate de ventilacin natural o no. Por su parte, los costes anuales de Explotacin y Mantenimiento resultan ser funcin del trfico que soporta el tnel (IMD) y proporcionales al coste de inversin inicial.

2.-ESTIMACIN DE COSTES EN BASE A LOS ESTUDIOS ESTADSTICOS DE LA A.I.P.C.R

[1] INTRODUCCIN Para una primera aproximacin al estudio de los costes de los tneles de carretera, se han analizados aquellos estudios publicados en relacin con el tema de la estimacin, control y optimizacin de las inversiones en tneles carreteros. De ellos destaca, sin duda alguna, el estudio estadstico llevado a cabo por la A.I.P.C.R. (Asociacin Internacional Permanente de Congresos de la Ruta), dado que parte de una amplia base de datos y analiza los costes en relacin a gran nmero de parmetros.


5

Este estudio fue presentado parcialmente en el Congreso de Bruselas de 1987

(1).

La

realizacin del anlisis corri a cargo del C.E.T.U. (Centro de Estudios de Tneles) de Francia, y consisti en la recopilacin de datos de 134 tneles en explotacin pertenecientes a 12 pases, entre ellos Espaa, durante los aos 1978 a 1984. Los datos se analizaron estadsticamente y se obtuvieron una serie de curvas de correlacin que se estudian con detalle ms adelante. Los costes de explotacin y mantenimiento se presentaron, como ya se ha dicho, en el XVIII Congreso de la A.I.P.C.R. en Bruselas 1987(1)

por el Grupo de Trabajo de Explotacin-Gestin del Comit Tcnico de Tneles

Carreteros, encabezado por Jean Pra. Por su parte, los costes de inversin inicial se presentaron en un trabajo firmado por Michel Perard y Jean Pra (ambos del C.E.T.U.), en la revista Tunnels et Ouvrages Souterrains, Mayo-Junio de 1990 (7) . De estos dos trabajos se han obtenido todas las correlaciones que se analizan en los siguientes captulos. En el resto de la bibliografa consultada sobre este tema, se han encontrado nuevos anlisis y conclusiones, pero siempre a partir de los dos trabajos citados. Como excepcin existe un artculo anterior, de B. Constantin (C.E.T.U., 1982)(3), donde maneja gran nmero de datos pero todava de manera inconexa. Hay que destacar que las expresiones de la AIPCR se refieren en todo caso a francos franceses de 1984, por lo que para aplicarlas a un caso concreto es necesario efectuar la correspondiente transformacin (vase el apartado 4).

[2] COSTES DE INVERSIN INICIAL Los Costes de Inversin Inicial son todos aquellos costes necesarios para la construccin y apertura al trfico de un tnel de carretera. Se incluyen pues todas las inversiones realizadas desde la etapa de planeamiento, pasando por la de Proyecto y Obra, hasta la inauguracin del tnel. No obstante, aqu solamente se tendrn en cuenta los costes directamente generados por la Obra en s, ya que el resto estn integrados dentro de la inversin necesaria para la


6

totalidad de la carretera, y es muy difcil separar qu parte corresponde al tnel y qu parte al resto. El Coste de Inversin Inicial de un tnel se descompone en dos sumandos: CI = CIC + CIE donde, CI = Coste de Inversin Inicial CIC = Coste de Ingeniera Civil CIE = Coste de Instalaciones y Equipos El Coste de Ingeniera Civil incluye bsicamente la excavacin del tnel, el sostenimiento, el revestimiento, el firme, las boquillas y la infraestructura de las instalaciones de ventilacin (nichos, galeras, pozos, etc). Por su parte, el coste de Instalaciones y Equipos incluye la ventilacin, la iluminacin y las instalaciones de sealizacin y seguridad. Costes de Ingeniera Civil Para el Coste de Ingeniera Civil, el estudio de la A.I.P.C.R. encontr una buena correlacin (coeficientes de correlacin r = 0.96 y r = 0.94 ) separando los tneles unidireccionales y bidireccionales. Las expresiones son polinomios de segundo grado en funcin de la longitud del tnel. Son las siguientes: CIC=30.7197.L2 26.7068.L + 148.3737 CIC=9.16712.L2 + 5.38092.L + 59.2788 Unidireccionales Bidireccionales [2.2] [2.3] [2.1]

donde L es la longitud en Km. y CIC se obtiene en millones de francos franceses de 1984. En el caso del tnel unidireccional, CIC da el coste de ambos tubos. As pues, el coste por unidad de longitud de tnel sera:u C IC =

C IC 2 L

Unidireccionales

[2.4]


7

u C IC =

C IC L

Bidireccionales

[2.5]

Por tanto, sustituyendo en [2.4] y [2.5] las expresiones de [2.2] y [2.3] tenemos:u C IC = 15.36 L 13.35 +

74.19 L

Unidireccionales

[2.6]

u C IC = 9.17 L 5.38 +

59.28 L

Bidireccionales

[2.7]

Podemos obtener la longitud de tnel que hace mnimo el coste unitario de la ingeniera civil derivando respecto a L e igualando a cero:u dC IC =0 dL

[2.8]

Introduciendo las expresiones [2.6] y [2.7] en [2.8] y operando se llega a que:

Lmin = 2.2 Km. Lmin = 2.5 Km.

Unidireccionales Bidireccionales

[2.9] [2.10]

Es decir, el Coste Unitario mnimo de la Ingeniera Civil de un tnel se obtiene para longitudes de tnel comprendidas entre 2.2 y 2.5 Km. Efectivamente, para longitudes inferiores a las indicadas, el peso de las boquillas y zonas de pequeo recubrimiento, donde la calidad de la roca es peor, es ms importante y por ello el tnel resulta ms caro. Para longitudes superiores a 2.5 Km., el coste de infraestructuras de ventilacin y seguridad (pozos, galeras de escape, ensanches, etc) vuelve a encarecer el coste unitario del tnel.


8

Costes de Instalaciones y Equipos. Para los Costes de Inversin en Equipamiento (CIE), no fue posible encontrar una correlacin entre estos costes y la longitud del tnel. Ello se debe, segn los autores, a que CIE es funcin de otros factores que tienen mayor peso que el tamao del tnel. Dichos factores podran ser: Nivel de servicio exigido al tnel Intensidad de trfico Tipo de ventilacin Reduccin del nivel contaminante de los vehculos a lo largo de los aos Sin embargo, s pudo encontrarse una correlacin entre la potencia instalada y la longitud del tnel en ciertos supuestos, pero con coeficientes de correlacin bajos (entre r = 0.345 y r = 0.805), por lo que las siguientes expresiones han de tomarse con muchas reservas: Ventilacin natural y transversal: no hay correlacin Ventilacin longitudinal:

Bidireccionales: Unidireccionales (2x2): Unidireccionales (2x3):

W= 206.09 + 96.784L W= 148.89 + 396.216L W= 357 + 1803L

[2.11] [2.12] [2.13]

Ventilacin semitransversal:

Bidireccionales:

W= 106.19 + 270.90L

[2.14]

donde W est en Kilowatios y L en Kilmetros. Mejores coeficientes de correlacin (entre r = 0.76 y r = 0.92) tienen las expresiones que se muestran a continuacin, que relacionan el coste de inversin en instalaciones y equipos, CIE, con el coste de explotacin y mantenimiento anual, CEM, expresados ambos en millones de francos franceses de 1984:


9

CIE en funcin de CEM: Ventilacin Ventilacin Ventilacin Ventilacin Modelo

natural: longitudinal:

CIE= 29.8240 Cexp- 5.2478 CIE= 22.6040 Cexp- 7.3978

[2.15] [2.16] [2.17] [2.18] [2.19]

semitransversal: CIE= 5.1345 Cexp+ 15.1841 transversal: CIE= 19.2715 Cexp- 14.9624 CIE= 18.7126 Cexp- 5.0709

general:

CEM en funcin de CIE: Ventilacin Ventilacin Ventilacin Ventilacin Modelo

natural: longitudinal

CEM= 0.03353CIE + 0.17596 CEM= 0.04424CIE + 0.32728

[2.20] [2.21] [2.22] [2.23] [2.24]

semitransversal: CEM= 0.19476CIE - 2.95725 transversal: CEM= 0.05189CIE + 0.77640 CEM= 0.05344CIE + 0.27099

general:

El Coste de Explotacin (CEM) puede obtenerse directamente segn lo indicado en el apartado 3. Por lo tanto, aunque no se encontraran expresiones de correlacin directa entre los CIE y la longitud del tnel, s se observa que el factor determinante del coste CIE como acabamos de ver, es el tipo de ventilacin empleado, el cual depende a su vez fundamentalmente de la longitud del tnel y de la intensidad del trfico. La obtencin de los costes de equipamiento a partir de estas expresiones (2.15-2.19) basadas en los costes de explotacin, dan generalmente unos costes excesivamente altos para los tneles espaoles en general y del Pas Vasco en particular. Por ello, se recomienda emplear las frmulas publicadas en un anlisis posterior realizado por el C.E.T.U.(7)

, en el que se utilizan tres expresiones basadas en el Coste Total de

Inversin, expresado en millones de francos franceses de 1984, y que se adaptan mejor a nuestro caso. Estas expresiones son las siguientes:


10

Tneles de longitud inferior a 550m: CIE = 0.064CT Tneles entre 550 y 1.000m: CIE = 0.096CT Tneles entre 1.000 y 3.000m: CIE = 0.136CT donde, CIE = Coste de Inversin en Instalaciones y Equipos. CI = Coste de Inversin Inicial. El Coste Total de Inversin (CT) puede obtenerse directamente segn lo indicado en el apartado siguiente 2.2.3. Coste de Inversin Inicial Para el Coste Total, CT de los tneles bidireccionales pudo encontrarse una correlacin bastante buena (r = 0.951): CT = 77.4872L1.11040 que separando los tneles segn longitudes quedaba as: L< 2 Km.: CT = 69.7589L-0.10307 L> 2 Km.: CT= 50.3118L0.3564 [2.29] [2.30] [2.28] [2.27] [2.26] [2.25]

En las expresiones anteriores, CT es el coste total por metro lineal de tnel, en millones de francos franceses de 1984, y L es la longitud del tnel en Kilmetros. De lo anterior, puede obtenerse la misma conclusin aportada anteriormente, es decir: para tneles menores de 2 Km. el coste marginal de cada metro de tnel es decreciente (exponente de L negativo), mientras que para tneles de ms de 2 Km de longitud el coste aumenta ms que L, ya que su exponente es positivo.


11

En conclusin, un tnel de unos 2 Km es aqul que tiene un coste unitario mnimo, debido a que para longitudes menores se encarece por los tratamientos de boquillas y para longitudes mayores por las infraestructuras de ventilacin y seguridad. Tambin se obtuvo otra expresin para tneles bidireccionales que, los autores, se adapta mejor al caso particular de los tneles espaoles: CT = 15.7221 + 51.0862L [2.31] aunque con un

coeficiente de correlacin algo inferior (r=0.813) para la muestra de tneles utilizada por

donde L es la longitud del tnel en Km. y CT aparece en millones de francos franceses. En los tneles unidireccionales no se ha encontrado una correlacin debido a su heterogeneidad. Los tneles bidireccionales por el contrario, suelen ser todos de caractersticas ms o menos homogneas y la correlacin es buena. En efecto, suele tratarse siempre de tneles que reunen las siguientes caractersticas: Dos carriles Terreno montaoso Roca de buena calidad Trfico moderado o bajo

[3]COSTES DE EXPLOTACIN Y MANTENIMIENTO Del estudio estadstico de la A.I.P.C.R se obtuvo como primera conclusin que los Costes de Explotacin y Mantenimiento, CEM , dependen fundamentalmente del tipo de ventilacin del tnel, y por ello se elaboraron correlaciones distintas segn los distintos sistemas de ventilacin en uso, es decir: Ventilacin natural Ventilacin longitudinal. Ventilacin semitransversal Ventilacin trasversal.


12

Bien es cierto que el tipo de ventilacin no es una variable independiente, sino que es funcin de la longitud del tnel y tambin de la intensidad de trfico y que, dados estos dos factores, el tipo de ventilacin viene prcticamente impuesto. Relacin Coste de Explotacin (CEM)-Coste de Instalaciones y Equipos (CIE) Las expresiones [2.15-2.19] y [2.20-2.24] relacionan el coste CEM con el coste CIE. Si no consideramos la correlacin de la ventilacin semitransversal, que tiene una expresin atpica al haberse obtenido de muy pocos datos, podemos calcular la relacin CEM/ CIE : Ventilacin natural: Cexp C IE Cexp C IE Cexp C IE Cexp C IE = 0.03353 + 017596 . C IE [2.32]

Ventilacin longitudinal:

= 0.04424 +

0,32728 C IE 0.7764 C IE 0.27099 C IE

[2.33]

Ventilacin transversal:

= 0.05189 +

[2.34]

Modelo general:

= 0.05344 +

[2.35]

En todos los casos el ltimo trmino es variable, pero oscila como mnimo entre un 1% y un 4%, dependiendo de cada caso concreto, de donde se deduce que como mnimo, para el modelo general, CEM/CIE vale un 6.5%. Esto quiere decir que como mximo en 15 aos, sin considerar intereses, amortizaciones, inflacin, etc., se ha gastado en explotacin y mantenimiento una cantidad equivalente al coste de las instalaciones, lo cual es aproximadamente la vida til de las mismas. De aqu se deduce la importancia de los Costes de Explotacin en el coste total de un tnel. A continuacin se exponen las correlaciones de la A.I.P.C.R. en funcin de cada sistema de ventilacin.


13

Ventilacin Natural Las frmulas de correlacin deducidas de los datos estadsticos son las siguientes: Tnel bidireccional: Tnel unidireccional: donde, CEM = Coste de Explotacin anual en francos franceses de 1984 A = Factor dependiente del ao de construccin del tnel (Tabla 2.1) TABLA 2.1 Valor del factor A segn ao de construccin del tnel AO A 1979

Cexp = 23.657AT0.881 L0.264 N-0.435 Cexp = 59.556AT0.25 L0.264 N-1.61

[2.36] [2.37]

2.46

T = Intensidad de trfico IMD ( Intensidad Media Diaria) L = Longitud del tnel en mts. N = Nmero de carriles del tnel Ventilacin Longitudinal y Semitransversal Las expresiones encontradas son las siguientes: Tnel bidireccional ( 2 carriles ):CEM = -2017000 + P + A - 76.67T + 3003.24L - 256.85S + 0.0035485ST + 0.0615461LT

[2.38]

Tnel unidireccional (2 tubos):CEM = 1583600 + P + A - 76.67T + 3003.24L - 256.85S + 0.0035485ST + 0.0615461LT

[2.39]

donde, CEM = Coste de explotacin anual en francos de 1984


14

P = Factor dependiente del pas (tabla 2.2): A = Factor dependiente de la fecha de construccin del tnel (tabla 2.3): T = Intensidad de trfico IMD ( Intensidad Media Diaria) S = Superficie de calzada, calculada segn la siguiente expresin: S= 3.5LN ; siendo L la longitud y N el nmero total de carriles L= Longitud del tnel en metrosTABLA 2.2 Valor del factor P dependiente del pas

GRUPO 1 2 3

PAS Noruega, Suiza, Austria Holanda, Francia, Alemania, U.K., U.S.S, Blgica. Italia, Espaa

P -1672000 1591300 0

TABLA 2.3 Valor del factor A dependiente de la fecha de construccin del tnel

AO A

1960-1969 2576800

1970-1979 0

>1979 1470600

Ventilacin Transversal Para el caso de la ventilacin transversal se han encontrado dos modelos explicativos: Primer modelo CEM = -4757600 - 0.10573 V2 + 0.27328L2 - 0.00269T2 + 0.09389VT Segundo modelo: [2.40]


15

CEM = 3222000 + 0.000695S2 donde, CEM = Coste de explotacin anual en francos franceses 1984 V= L= T= S= Potencia de ventilacin en KW Longitud del tnel en metros Intensidad de trfico IMD ( Intensidad Media Diaria) Superficie de calzada, calculada como:

[2.41]

S = 3.5LN: siendo L la longitud y N el nmero total de carriles El criterio para elegir uno u otro modelo es el que se indica a continuacin: se calculan los dos coeficientes F1 y F2 con las expresiones [2.42] y [2.43]. Si | F1 | < | F2 | se adopta el primer modelo, y en caso contrario , se adopta el segundo. F1 = 0.9986N + 4.5710-5 L - 1.0810-5 T - 2.3610-5 V - 1.1851789 F2 = 0.9986N + 4.5710-5 L - 1.0810-5 T - 2.3610-5 V -1.5600789 donde N es el nmero de tubos y L, T y V lo indicado anteriormente. Descomposicin del Coste de Explotacin y Mantenimiento De los datos estadsticos pudo deducirse tambin el reparto o la proporcin de cada uno de los componentes de los Costes de Explotacin y Mantenimiento. Se hicieron cuatro grupos: CEM = Cene + Cper + Cmic + Cmeq que son: Cene = Costes de la energa Cper = Costes de personal Cmic = Coste de mantenimiento de la infraestructura Cmeq = Coste de mantenimiento de los equipos [2.44] [2.42] [2.43]


16

La proporcin de cada componente result variable segn el tipo de ventilacin. En la tabla 2.4 se muestran los datos obtenidos:TABLA 2.4 Distribucin porcentual de los costes de explotacin y mantenimiento entre sus 4 componentesTIPO DE VENTILACIN

Cene 33.1 33.1 33.7 30.9 27.5

Cper 36.1 37.8 32.1 35.8 39.0

Cmic 10.0 8.9 11.2 12.9 14.2

Cmeq 20.8 20.1 19.3 20.2 18.5

Cmic + Cmec 30.8 29.0 30.5 33.1 32.7

General Natural Longitud Semitransversal Transversal Nota: Valores en %

Como se puede apreciar, los costes prcticamente se reparten en partes iguales entre los tres componentes de enera, personal y mantenimiento. En todos los tneles, el mayor porcentaje lo ocupan los gastos de personal, excepto en los tneles con ventilacin longitudinal, en que es mayor la energa. nalisis del Coste de Explotacin y Mantenimiento en funcin de la longitud. Si en las expresiones incluidas anteriormente suponemos constantes todos los parmetros excepto la longitud, podemos analizar cmo vara Cexp en funcin de L. Se obtienen las siguientes relaciones: Ventilacin natural: Ventilacin longitudinal y semitransversal: Ventilacin transversal: Cexp = K1 L0.264 Cexp = K2 + K3L Cexp = K4 + K5L2 [2.45] [2.46] [2.47]

De aqu se saca una conclusin muy interesante: para ventilacin longitudinal CEM crece linealmente con L, para ventilacin transversal crece con el cuadrado de L, mientras que para ventilacin natural solamente crece con L elevado a 0.264. Es decir, cuanto ms


17

complejo es el sistema de ventilacin ms rpidamente se incrementan los costes de explotacin y mantenimiento al aumentar la longitud del tnel. La conclusin de orden prctico es tratar de implantar en el tnel un sistema de ventilacin lo ms simple posible, siempre dentro de las exigencias en materia de dilucin de gases y humos.

[4]CONVERSIN DE COSTES Todas las frmulas descritas en los apartados precedentes dan como resultado unos valores de costes en francos franceses de 1984, con lo que es necesario transformar esas cifras en pesetas del ao que se quiera considerar para evaluar la inversin. El coeficiente de conversin K ser producto de otros dos coeficientes: CPT = KCFF84 donde, K = Kd Ka donde, CPT = Coste en pesetas en el ao actual CFF84 = Coste en francos de 1984 K = Coeficiente de conversin Kd = Coeficiente de conversin de divisa Ka = Coeficiente de actualizacin de ptas de 1984 a ptas actuales El coeficiente Kd aparece en la publicacin de la A.I.P.C.R. y tiene un valor de. Kd = 18.3756 ptas / francos franc., vlido en 1984. Por su parte, el valor de Ka es ms complicado de evaluar. Por una parte se podra utilizar el incremento del IPC oficial en los aos trascurridos entre 1984 y el ao considerado, cuyos valores, hasta la fecha, son los que se indican en la Tabla 2.5: [2.49] [2.48]


18

TABLA 2.5 Valores del I.P.C entre 1983-1993

AO IPC

83 12.2

84 9.0

85 8.2

86 8.3

87 4.6

88 5.8

89 6.9

90 6.5

91 5.5

92 5.3

93 4.3

Multiplicando los valores del ao 1984 hasta 1993 se obtiene: Ka=1.87535 pts94/ pts84. De un estudio sobre el valor adquisitivo de la peseta publicado por el Instituto Nacional de Estadstica hemos obtenido un valor de: Ka = 1.75078 pts94 / pts84. En ambos casos se ha utilizado el ndice general de precios al consumo, que es vlido para todos los artculos. Utilizando el IPC del sector de transportes y comunicacines (el ms afn a nuestro caso ), se obtiene: Ka = 1.85351pts94 / pts84 que es muy parecido a los anteriores No obstante, estos valores son excesivos ya que la evolucin de las tecnologas ha logrado aumentar los rendimientos de las maquinarias y ha mejorado los comportamientos y productividades de todas las actividades relacionadas con la construccin y explotacin de tneles: Mejora de los rendimientos de las maquinarias de excavacin y sostenimiento. Mayores potencias y rendimientos de los ventiladores. Controles informticos de ventilacin, iluminacin y seguridad, que se traducen en mayores productividades de dichas instalaciones. Por todo ello habra que aplicar un coeficiente reductor a los valores obtenidos del IPC, para el mismo nivel de prestaciones.


19

De las estadsticas austracas consultadas se deduce inequvocamente una reduccin en los ltimos aos en los costes de la Ingeniera Civil de los tneles (Tunnels & Tunnelling, Mayo 1988), mayor cuanto peor es la calidad del terreno. En concreto, para un terreno de calidad media, en los 10 aos comprendidos entre 1973 y 1983 el coste de los tneles se redujo en un 36% en moneda constante. No tenemos datos para asegurar si esa tendencia se ha mantenido o, lo ms probable, si se ha reducido. Por otro lado, el coste de las instalaciones y equipos, probablemente, no se haya reducido tanto, e incluso, haya aumentado en relacin con los gastos de inversin. Es posible, sin embargo, que se haya producido una reducin de los gastos de explotacin como consecuencia de la introduccin de los sistemas electrnicos de control. Un ltimo procedimiento de anlisis para determinar el valor de Ka, es el uso de la frmula oficial de revisin de precios, especfica para tneles (nmero 3), segn la Ley de Contratos del Estado, cuya expresin es la siguiente: KT = 0,32 H t 0,15 E t 0,17 Ct 0,13 S t 0,08 M t + + + + + 0,15 H0 E0 C0 S0 M0 [2.50]

donde, "o" es el ao inicial y "t" el ao final del periodo considerado, y: H=Mano de Obra E = Energa C = Cemento S = Acero M = Madera Estos coeficientes se publican cada 4 meses por el B.O.E. y para el perodo que estamos considerando (1984-1994) son los siguientes:


20

Diciembre 1983:

Ho = 144.68 Eo = 1037.2 Co = 838.5 So = 472.1 Mo = 875.00

Diciembre 1993:

Ht = 247.68 Et = 1365.6 Ct = 1129.4 St = 472.1 Mt = 1197.5

Con todos estos datos se obtiene: K = 1.4077333 pts94/pts84 Que es un valor bastante ms bajo que los anteriores y por lo tanto ms adaptado al caso particular de tneles, cuyos costes, como ya se ha dicho, se han ido reduciento gracias a la evolucin de las tecnologas y el consecuente aumento de los rendimientos de las maquinarias y todas la actividades relacionadas con la construccin y explotacin de tneles.


21

3.-ESTIMACIN DE COSTES EN BASE A LAS ENCUESTAS REALIZADAS EN AGOSTO-SEPTIEMBRE DE 1994

[1] INTRODUCCIN Como se ha indicado anteriormente, una segunda va de estudio para la estimacin de los costes tanto de Inversin Inicial, como de Explotacin y Mantenimiento, parte de la base de datos obtenida a travs de unas encuestas realizadas durante los meses de Agosto y Septiembre de 1994, por el Departamento de Transportes y Obras Pblicas del Gobierno Vasco. Se envaron encuestas a las 15 Demarcaciones del MOPTMA donde se encuentran los tneles de carretera considerados de inters para el estudio, as como a los departamentos correspondientes de las Comunidades Autnomas ( Generalitat de Catalua, Gobierno Canario, Diputaciones Forales de Vizcaya y Guipzcoa) y Empresas Concesionarias de Autopistas con tneles de importancia. En Europa, se obtuvieron datos de un total de 34 tneles de 5 pases: Suiza, Alemania, Italia, Francia y Austria. Estos datos se homogeneizaron en divisa y ao, es decir a pesetas de 1994, para poderlos analizar estadsticamente y obtener las curvas de correlacin que se estudian con detalle ms adelante. La homogeneizacin se realiz segn el siguiente criterio: todas las divisas europeas se pasaron a pesetas del ao correspondiente en que se construy el tnel. As por ejemplo en el tnel de Schartnerkogel en Austria, construdo en 1976, los 130 Millones de chelines austriacos de Inversin en Obra Civil del ao 1976, se pasaron a pesetas de ese ao, segn el cambio oficial. Posteriormente, se actualizaron estos costes de pesetas del ao 1976 a pesetas del ao 1994, considerando una inflacin media del 5% anual. Los estudios se realizaron sobre un total de 125 tneles, 91espaoles y 34 europeos.


22

[2]DESCRIPCIN Y OBJETO DE LA ENCUESTA REALIZADA La encuesta, como puede observarse en el modelo que se incluye en el Anejo n 1, consta de 7 apartados con el fin de obtener una descripcin tanto tcnica, como econmica, lo ms detallada posible: Identificacin del tnel Caractersticas geomtricas Caractersticas del trfico Datos relativos a la construccin del tnel Instalaciones del tnel Inversin Inicial y Costes de Explotacin Observaciones

Mediante esta encuesta se obtuvo una base de datos actualizada de tneles carreteros construdos en los ltimos aos, con una longitud entre 250-3.500m y una Intensidad Media Diaria entorno a 10.000 vehculos, con el fin de realizar un tratamiento estadstico que permita obtener una serie de correlaciones para estimar Costes de Inversin en Ingeniera Civil y Equipamiento as como, Costes de Explotacin y Mantenimiento. En la encuesta se hizo especial hincapi en los costes tanto de Inversin Inicial, como de Explotacin y Mantenimiento. Para ello se realiz un desglose de estos costes segn diferentes conceptos: Costes de Ingeniera Civil Costes de Instalaciones y Equipos:

Iluminacin Ventilacin Seguridad

Otros coste iniciales:


23

Estudios previos de viabilidad Redaccin del Proyecto, sondeos Direccin de Obra Expropiaciones Otros

Costes anuales de Explotacin y Mantenimiento:

Personal Iluminacin Ventilacin Mantenimiento de la Obra Civil Mantenimiento de Instalaciones Sealizacin Otros

A partir de esta clasificacin en Costes de Inversin Inicial y Costes de Explotacin y Mantenimiento, se realiz un tratamiento estadstico del colectivo de tneles recopilado, que se desarrolla en los apartados siguientes. Todos los costes recibidos vienen dados sobre presupuesto final o de liquidacin.

[3]RESPUESTAS RECIBIDAS Y DATOS OBTENIDOS Tneles de Carretera Espaoles Como se ha indicado anteriormente, se enviaron encuestas a un total de 91 tneles de carretera. Las respuestas recibidas fueron 51, es decir, el 56% del total. Estas respuestas las clasificamos en dos grupos:


24

Encuestas completas, incluyendo los datos relativos a costes = 36 (8 tneles bidereccionales y 28 unidireccionales)

Encuestas incompletas, nicamente con datos de tipo tcnico = 15

En el anejo n 2, se incluyen los datos ms importantes de tipo tcnico recogidos en las encuestas. Con estos datos se realizaron dos tipos de anlisis: a) Estudio estadstico de costes de Inversin Inicial en Obra Civil y Equipamiento (desarrollado en los apartados 3.4 y 3.5), sobre un total de 31 tneles (10 de los cuales tienen dos tubos).Se analizan por separado los Costes de Ingeniera Civil y los de Instalaciones y Equipos. b) Estudio de la distribucin de tneles segn distintos parmetros, a partir del total de respuestas recibidas (51), desarrollado a continuacin. Los parmetros frente a los que se analiz el colectivo total de tneles son los siguientes:

Longitud (fig.3.1) Pendiente (fig.3.2) Intensidad Media Diaria IMD (fig.3.3, 3.4 y 3.5) Porcentaje de vehculos pesados (fig.3.6) Localizacin: Distribucin de tneles por Comunidades Autnomas (fig. 3.7 y 3.8)

Seccin til y seccin de excavacin ( fig. 3.9 y 3.10) Ao de inauguracin del tnel (fig. 3.11 y 3.12) Glibo en altura (fig. 3.13) Anchura de calzada (fig.3.14 y 3.15)


25

Como se puede observar en la figura 3.1, se hizo una distribucin de tneles por tramos de longitud, de la cual puede deducirse que, la mayor parte del colectivo de tneles tiene una longitud inferior a 300m (29.4%), siendo los menos numerosos los tneles entre 1.500 y 2.000m.Hay que aclarar que, en los tneles dobles unidireccionales, la longitud se ha contado dos veces, es decir, los datos se refieren a longiud real de tnel perforado.FIGURA 3.1 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn su longitud

1.000-1.500 m 8%

> 2.000 m 8%

< = 300 m 29%

500-1.000 m 27% 1.500-2.000 m 5% 300-500 m 23%

En la figura 3.2, en la que se distribuyen los tneles segn 5 intervalos de pendiente en %, se observa que el mayor nmero de tneles se agrupa en pendientes entre el 1 y el 2%, teniendo el resto de los tneles una distribucin bastante homognea entre los cuatro intervalos de pendiente restantes.FIGURA 3.2 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn su pendiente

% N de Tneles

30 25 20 15 10 5 0 De 0.5 a 1% De 1 a 2% De 2 a 3% De 3 a 4% >4%

Pendiente %


26

Para el estudio de la Intensidad Media Diaria de vehculos, se distribuyeron los tneles segn 4 intervalos, como se observa en la figura 3.3, de la que resulta que el 50% de los tneles tiene una intensidad de trfico media inferior a 5.000 vehculos diarios.FIGURA 3.3 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn su Intensidad Media Diaria (I.M.D.1993)

50 N de tneles en % 40 30 20 10 0 De 0 a 5 De 5 a 10 De 10 a 15 De 15 a 20 Intensidad Media Diaria (IMD) Sin embargo en el caso particular de los tneles del Pas Vasco (fig.3.4), se observa una mayora de tneles con intensidades bastante superiores a la media nacional, entre 10.000 y 15.000 vehculos diarios, y en Catalua fig.3.5), el 70% de los tneles tienen intensidades entre 15.000 y 20.000 vehculos diarios.FIGURA 3.4 Pas Vasco Distribucin porcentual del nmero de tneles segn su I.M.D

60 50 40 30 20 10 0 =20000 Intensidad Media Diaria (IMD, media de 5 aos)


% N de tneles

27

FIGURA 3.5 Catalua Distribucin porcentual del nmero de tneles segn su I.M.D70 60 % N de Tneles 50 40 30 20 10 0 =20000

La mayora de los tneles considerados en la muestra, tienen un porcentaje de vehculos pesados entre 15-20%, como se observa en la figura 3.6.FIGURA 3.6 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn el % de vehculos pesados40 35 30 % n de tneles 25 20 15 10 5 0 20%

% Vehculos pesados (media de 5 aos)


28

Las Comunidades Autnomas con mayor nmero de tneles, como se observa en la figura 3.7 y 3.8 son el Pas Vasco y Catalua, siendo estos ltimos en general ms largos.FIGURA 3.7 Nmero de tneles unidireccionales y bidireccionales por Comunidades Autnomas30 25 Nmero de tneles 20 15 6000 10 5 0 Comunidad Valenciana Catalua Andaluca Pais Vasco Madrid Nmero de tneles Kms totales de tneles 4000 2000 0 14000 12000 10000 8000

FIGURA 3.8 Nmero de tneles unidireccionales por Comunidades Autnomas

35 Nmero de tneles 30 25 20 15 10 5 0 Comunidad Valenciana Catalua Andaluca Pais Vasco Madrid Baleares

35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0

Nmero de tneles Kms totales de tneles


29

A continuacin le siguen Asturias y Aragn, comunidades tambin con un alto porcentaje de zonas de montaa. En cuanto a las secciones tiles (figura 3.9), los mayores porcentajes se encuentran entre 55 y 65 m2 (35%), o en secciones mayores de 80 m2 (35%).FIGURA 3.10 Distribucin porcentual del nmero de Tneles segn Seccin til40 35 30 25 % N de T nel s e 20 15 10 5 0 < 55 m 2 D e 55 a 65 m2 D e 65 a 80 m 2 > 80 m 2

S e cci n ti (m ) l

Para la seccin de excavacin (figura 3.10), la mayora son menores de 80 m2 (31%), o entre 120 y 140 m2 (28%).FIGURA3.10 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn seccin de excavacin

30 25 20 % N de T nel s e 15 10 5 0 < = 80 m 2 D e 80 a 100 m 2 D e 101 a 120 m 2 D e 120 a 140 m 2 > 140 m 2

S e cci n E xcav aci n (m )


30

En las figuras 3.11 y 3.12 se represente la evolucin de la construccin de tneles durante los ltimos 20 aos. Como puede observarse existe una tendencia alcista en la construccin de tneles durante los ltimos 6 aos.FIGURA 3.11 Nmero de tneles inagurados entre 1972-1995

60 50 N de tneles 40 30 20 10 0 1972 1976 1980 1984 AOSN de tneles acumulado

1988

1992

N de tneles

FIGURA 3.12 Longitud de tneles inaugurados entre 1972-1995

Longitud del tnel (m)

60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1972 1976 1980 1984 AOS 1988 1992Longitud de tneles Longitud de tneles acumulada


31

El glibo ms frecuente de la muestra de tneles estudiada oscila entre 4.75 y 5.00 m, como puede observarse en la figura 3.13.FIGURA 3.13 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn glibo en altura40 35 % n de tneles 30 25 20 15 10 5 06.00 m

Glibo en altura (m)

La anchura de la calzada para tneles de 2 carriles (fig. 3.14) est, para la mayora de los tneles de la muestra, entre 8.5-9.5m.FIGURA 3.14 Distribucin porcentual del nmero de tneles segn ancho de calzada (tneles de 2 carriles)

>9.5 m 18%

12.5 m 18%

costos de inversion en tuneles de carreteras

Documents